KR20010089268A

KR20010089268A - 연소 엔진의 실린더 배럴의 열코팅 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010089268A
Application number: KR1020010014213A
Authority: KR
Inventors: 켈러실바노
Original assignee: 제라드 바르베자트; 발렌틴 폭트; 술처 멧코 아게
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2001-09-29
Also published as: CA2334419A1; DE50102175D1; EP1136583A1; JP2001316794A; TR200401050T4; EP1136583B2; ES2220697T5; US20010022995A1; ES2220697T3; EP1136583B1; JP2006265736A; US6503577B2; KR100738790B1; JP3877278B2; ATE266104T1; CA2334419C

Abstract

본 발명은 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅하는 장치 및 방법을 제공한다. 코팅 작업 중, 공기는 배럴이 코팅될 실린더 보어를 통해 7m/s와 12m/s 사이의 유속으로 유동한다. 이 공기 유동은 인출기에 의해 발생되며, 실린더 보어의 바닥부로부터 실린더 블록의 크랭크 케이스를 통해 인출된다. 공기의 인출을 위해, 인출 팬에 연결되고 크랭크를 통해 상기 바닥부로부터 실린더 보어의 저단부로 이동된 다수의 인출 칼라가 제공된다. 코팅 작업 중, 인출 도관을 통해 인출 팬으로 유동하는 공기압이 측정되며, 실린더 보어를 통하는 공기 유동의 속력이 계산된다. 조정 기구는 실린더 보어 내에서의 계산된 유속에 응답하여 공기 도관내의 공기 초크를 조절한다.

Description

연소 엔진의 실린더 배럴의 열 코팅 장치 및 방법{A METHOD AND AN APPARATUS FOR THERMALLY COATING THE CYLINDER BARRELS OF A COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코딩하는 장치와 방법에 관한 것이다.

최근, 연소 엔진의 제작에서는 경합금 재료로 만들어진 하나 이상의 실린더 블록이 사용된다. 과거에는, 피스톤에 대해 알맞은 실린더 배럴을 제공하도록 주철로 만들어진 실린더 슬리브가 상기 경합금 실린더에 삽입되었다. 그러나, 최근에는, 경합금 실린더 블록의 실린더 배럴에 철 함유 코팅 재료를 제공하는 것이 점점 더 일반화 되어가고 있다. 그러한 코팅 재료를 도포하기 위하여, 일반적으로 양호하게는, 회전식 플라즈마 총이 사용된다.

일반적으로, 문제들은 기판의 플라즈마 분무 코팅 과정 중에 플라즈마 분사에서 용융된 입자들 모두가 기판의 표면에 확실하게 부착되지 않는다는 사실 때문에 발생한다. 비록 많은 적용에서 이런 문제가 아무런 의미를 가지지 않을 지라도, 코팅 작업이 종료되었을 때, 실린더 블록 내에 유리된 코팅 입자들이 잔류하지 않는 것은 고려되어져야만 한다. 지금까지, 일반적으로 이런 문제는 실린더 블록의 노출된 위치를 보호하는 커버 부재를 적용함으로써 해결됐었다. 이런 커버 부재 이용 시 단점은 실린더 블록의 높은 열 응력을 유발하는 열 축적이 발생할 수 있다는 사실에서 발견될 수 있다. 또한, 그로 인하여, 바람직하지 못한 포함의 원인이 되는 환경 먼지와 녹지 않았거나 혹은 이미 냉각된 입자가 코팅 분사에 의해 수반되기 때문에, 도포된 코팅 층 내에 바람직하지 못한 입자의 포함이 발생될 수도 있다.

미국 특허 제5,573,814호는 내부 열 분무로부터 하나 이상의 실린더 보어 단부를 마스킹하는 방법을 개시한다. 이러한 목적을 위해, 실린더 보어의 일 단부, 일반적으로 저단부에 대하여 가압된 팽창 가능한 마스크 부재가 제공된다. 상기 마스크 부재는 실린더 보어로부터 가스를 추출하기 위한 흡입 도관을 포함한다.

따라서, 본 발명의 목적은 실린더 배럴에 도포된 코팅의 품질이 개선될 수 있도록 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴의 열 코팅을 위한 쉽게 적용 가능한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 부수적 목적은 코팅 작업 중 오염으로부터 실린더 블록을 보호하도록 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴의 열 코팅을 위한 쉽게 적용 가능한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 부수적 목적은 본 발명의 방법이 쉽고 빠르게 수행되는 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅하는 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적들을 충족시키기 위하여, 제1 태양에 따라, 본 발명은 양호하게는 회전식 플라즈마 분부 헤드를 구비한 플라즈마 분무 총이 배럴이 코팅될 실린더의 실린더 보어의 내부로 이동되는 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅하는 방법을 제공한다. 코팅 작업이 초기화되기 전에, 공기의 유동이 배럴이 코팅될 상기 실린더 보어를 통해 생성된다. 공기의 유동은 전 코팅 작업에 걸쳐 7m/s와 12m/s 사이의 유속을 갖도록 유지된다.

제2 태양에 따라, 본 발명은 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 적어도 하나의 양호하게는 회전식 플라즈마 분무 헤드를 구비한 플라즈마 분무 총과 배럴이 코팅될 실린더의 실린더 보어 내부로 플라즈마 분무 헤드 및 헤드들을 이동시키는 기구를 포함한다. 공기 인출 부재는 인출 칼라와 인출 팬을 연결하도록 다수의 인출 칼라와 적어도 부분적으로 가요성인 다수의 도관을 구비한다.

놀랍게도, 본 발명의 상기 방법과 장치를 이용하면, 도포된 코팅의 품질이 여러 측면에서 개선되며, 동시에, 실린더 블록 또한 오염으로부터 보호된다는 것이 발견되었다. 특히, 공기가 배럴이 코팅될 실린더 보어의 내부로부터 7m/s와 12m/s사이의 유속으로 인출되는 경우, 배럴 표면에 부착된 코팅 입자들이 확실하게 제거되며 도포된 코팅 내에 바인딩된 산소의 함유량이 코팅의 마찰 공학적 특성과 기계적 특성 모두가 최적화되는 영역에서 유지된다. 또한, 실린더 보어를 통한 공기 유동에 의해, 실린더 블록은 평상보다 더 차갑게 유지된다. 마지막으로, 본 발명을 따르는 방법을 이용하면, 플라즈마 총과 플라즈마 총의 회전식 헤드의 오염이 각각 줄어든다.

이하, 본 발명의 방법은 도식적으로 도안된 실린더 블록과 또한 도식적으로 설명된 인출 팬 조립체를 도시하는 참조 도면을 참조하여 본 발명을 따르는 장치의 실시예로 상세히 설명될 것이다.

도1은 플라즈마 분무 장치와 실린더 블록과 인출 팬 조립체를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 플라즈마 분무 장치

3: 회전식 헤드

6: 실린더 블록

7: 실린더 보어

8: 실린더 배럴

10: 크랭크 케이스

12: 인출 칼라

14: 가요성 호스

17: 도관

18: 인출 팬 조립체

20: 조절 조립체

일반적으로, 도면은, 도식적인 방법으로, 인출 팬 조립체(18) 뿐만 아니라연소 엔진의 실린더 블록(6)과 2개의 플라즈마 분무 장치(1, 2)를 도시한다. 예시적으로, 4 실린더 엔진 블록(6)의 실린더 배럴(8)의 코팅을 위해, 회전식 플라즈마 분무 헤드(3, 4)를 구비한 2개의 플라즈마 분무 장치(1, 2)가 제공된다. 인출 팬 조립체(18)는 인출 팬 부재(25) 뿐만 아니라 공기 초크가 제공된 조절 조립체(20)와 4개의 인출 칼라(12)를 포함한다. 본 조절 조립체(20)의 단면도에서, 공기 초크의 조정 기구(22)를 제외한 공기 초크 자체는 도시되지 않는다.

본 발명의 예에서, 조절 조립체(20)는 4개의 공기 초크를 포함하는 공기 초크 전지(21)를 포함한다. 4개의 인출 칼라(12)는 지지 부재(13)에 고정되어 있으며 4개의 가요성 호스(14)에 의해 조절 조립체(20)에 연결되어 있다. 호스(14)는 도면에서 1점 쇄선에 의해 도식적으로 도시된다.

가요성 호스(14)는 도관(17)에 의해 조절 조립체(20)에 연결된 연결자 요소(15)로 연장된다. 실린더 배럴(8)의 코팅 작업은 일반적으로 다음과 같이 실행된다.

우선, 4개의 인출 칼라(12)는 실린더 블록(6)의 크랭크 케이스(10)를 통해 실린더 보어(7)의 저단부(9)로 이동된다. 따라서, 실제 코팅 작업은 실린더 배럴(8) 상에 코팅을 제공하도록 두개의 실린더 보어(7) 내로 플라즈마 분무 장치(1, 2)를 이동시켜 실린더 보어(7)의 내벽에 회전식 분무 헤드(3, 4)를 이용하여 적당한 재료를 분무함으로써 개시된다. 상기 작업은 기술 분야에서 잘 알려져 있으며 더욱 상세히 설명될 필요가 없다.

코팅 작업 중, 공기는 인출 팬 조립체(18)에 의해 실린더 보어(7)의 내부로부터 연속적으로 인출된다. 동시에, 인출 호수(14)와 도관(17) 내의 압력이 측정된다. 공기압의 측정 데이터를 기초로 하여, 실린더 보어에서 유동하는 공기의 유속이 계산될 수 있다. 본 발명 장치가 인출 호수(14)와 도관(17) 각각에서 측정된 압력을 기초로 전술된 공기 유속을 계산하는 (도시되지 않은) 전자 수단을 부가적으로 포함하고 있는 것은 자명하다.

실린더 보어(7) 내부의 공기 유속을 바람직한 값인 7m/s와 12m/s 사이에서 조정하기 위하여, 공기 초크의 위치와 인출 단면은 조정 기구에 의해 변화될 수 있다.

4 실린더 엔진 블록(6)의 2개의 전술된 실린더 배럴(7)이 코팅됨과 동시에, 2개의 플라즈마 분무 장치(1, 2)는 실린더 보어(7)로부터 제거되며, 상기 설명되어진 바와 동일한 방법으로 실린더 배럴(8)을 코팅하도록 2개의 남은 실린더 보어(7)의 내부 속으로 이동되도록 재 위치된다. 공기 유속은 다시 7m/s와 12m/s 사이의 값을 유지한다.

공기의 유속이 7m/s와 12m/s 사이에서 최적이라는 것은 여러 측면에서 발견되었다. 한편, 비록 실린더 보어(7)의 저단부(9) 및 연결된 인출 칼라(12) 사이의 갭이 존재해야만 하지만, 예를 들어 먼지 입자와 같은 입자들뿐만 아니라 실린더 배럴(7)의 표면에 부착되지 않은 코팅 입자들도 실린더 보어(7)의 내부로부터 확실하게 제거되는 것이 보장된다. 따라서, 실린더 보어(7)의 저단부 및 연결된 인출 칼라(12) 사이의 실링 부재의 설비가 필요하지 않고, 그 결과로 빠르고 효율적이며 적당한 가격의 실린더 배럴(7) 코팅 작업이 가능하게 된다. 반면에, 공기가 코팅작업 중 7m/s와 12m/s 사이의 유속으로 실린더 보어(7)를 통과하도록 보장되면, 코팅 층 내에 바인딩된 산소의 함유량이 중량의 1 내지 4% 사이의 영역에서 유지된다. 따라서, 코팅의 마찰 공학적 특성과 코팅의 기계적 성능(machinability)이 최적화된다. 또한, 실린더 보어(7)를 통해 유동하는 공기는 실린더 블록(6)을 냉각시켜 플라즈마 분무 헤드(3, 4)의 오염을 감소시킨다.

만약, 공기가 12m/s 이상의 속력으로 실린더 보어(7)를 통해 유동한다면, 플라즈마 분사가 방해받고 코팅 입자가 더 이상 완전히 용융되지 못하는 위험이 발생하며, 그 결과, 예를 들어 적합하지 않은 다공성을 가지는 열등한 품질의 코팅을 얻게 된다. 만약, 공기가 7m/s 이하의 속력으로 실린더 보어(7)를 통해 유동한다면, 코팅 층 내에 바인딩된 산소의 함유량이 너무 높아지는 위험이 발생하여, 그 결과, 바람직하지 못한 열등의 코팅 품질을 재차 유발하게 된다. 또한, 만약, 실린더 보어(7)를 통해 유동하는 공기의 유속이 너무 낮으면, 코팅되는 실린더 보어(7) 내의 먼지의 집중이 너무 높게 되어, 그 결과, 많은 코팅 입자들이 실린더 보어(7)로부터 실린더 보어(7)의 저단부와 인출 칼라(12) 사이에 존재 가능한 갭을 통해 엔진 실린더 블록(6)의 크랭크 케이스(10)의 내부로 빠져나갈 수 있게 된다. V-6 또는 V-8 엔진의 경우, 약간의 코팅 입자들이 코팅된 실린더 보어에 대향하는 실린더 보어에 닿을 수도 있다.

전술되고 도면에서 도시된 장치의 실시예는 V-8 구조의 8 실린더 엔진의 실린더 배럴의 코팅뿐만 아니라 4 실린더 직렬 엔진 블록의 실린더 배럴(8)의 코팅에도 매우 적합하다. 그러나, 본 장치가 다른 구조를 갖는 엔진 블록의 실린더 배럴코팅용으로 설계될 수 있는 것은 자명하다.

본 발명에 따르면, 실린더 배럴에 도포된 코팅의 품질이 개선되며 코팅 작업 중 오염으로부터 실린더 블록을 보호하도록, 쉽고 빠르게 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅을 할 수 있다.

Claims

배럴이 코팅될 실린더의 실린더 보어의 내부로 이동되는 적어도 하나의 플라즈마 분무 헤드 수단을 구비한 플라즈마 분무 수단에 의해 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅하는 방법에 있어서,

배럴이 코팅될 상기 실린더 보어를 통해 유동하는 공기의 유동이 발생되고, 상기 공기의 유동은 7m/s와 12m/s 사이의 유속을 갖고, 상기 공기 유동이 전 코팅 작업 중에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 금속 함유 코팅, 양호하게는 철 함유 코팅이 상기 실린더 배럴에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 공기의 유동이 인출 작업에 의해 발생되며,

상기 공기가 바닥부로부터 그리고 크랭크 케이스를 통해 배럴이 코팅될 실린더 보어의 내부로부터 인출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 도관 수단에 의해 인출 팬 수단에 연결된 다수의 인출 칼라 수단들이 바닥부로부터 상기 실린더 블록의 크랭크 케이스를 통해 배럴이 코팅될 상기 실린더 보어의 저단부로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 도관 수단 내의 공기 압력이 코팅 작업 중 측정되고,

배럴이 코팅될 상기 실린더 보어를 통해 유동하는 공기의 유속이 상기 도관 수단 내에서 측정된 공기압을 기초로 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 배럴이 코팅될 상기 실린더 보어를 통해 유동하는 공기 유속의 계산치가 상기 도관 수단 내에 제공된 공기 초크 수단과 작동적으로 연결된 조정 기구를 조절하도록 사용된 것을 특징으로 하는 방법.
적어도 하나의 플라즈마 분무 헤드 수단을 구비한 플라즈마 분무 수단과 상기 적어도 하나의 플라즈마 분무 헤드 수단을 배럴이 코팅될 실린더의 실린더 보어 내부로 이동시키는 수단을 포함하는, 연소 엔진의 실린더 블록의 실린더 배럴을 열 코팅하는 장치에 있어서,

인출 팬 수단을 포함하는 공기 인출 수단과, 다수의 인출 칼라 수단과, 상기 인출 팬 수단과 상기 인출 칼라 수단을 연결하기 위한 적어도 부분적으로 가요성인 다수의 도관 수단과, 상기 도관 수단의 단면을 변화시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 인출 칼라 수단 내의 또는 상기 도관 수단 내의 공기압을 측정하도록 적어도 하나의 압력 센서 수단을 부가적으로 포함하고, 상기 압력센서 수단에 의해 측정된 압력치를 기초로 공기 유속을 계산하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 공기 인출 수단이 다수의 도관 수단을 경유하여 상기 인출 칼라 수단에 연결된 중앙 인출 팬 수단을 포함하고, 상기 다수의 도관 수단의 단면을 변화시키기 위한 수단이 상기 다수의 도관 수단의 각 도관 수단의 단면을 개별적으로 조정하도록 상기 인출 팬 수단과 상기 칼라 수단 사이에서 연장된 상기 다수의 도관 수단 내에 삽입된 공기 초크 수단의 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.